(57)【要約】【課題】光ピックアップ等に用いられる光学素子、例えば偏光分離素子は、光学基板の上に有機複屈折膜を接着して用いるが、接着の条件によっては温湿度等の環境変化によってはがれの生ずることがあった。そのため、画像読み取りや画像書込において画質劣化が生じていた。【解決手段】光学的透明下部基板３の上に、上面に凹凸状の回折格子２が形成された有機複屈折膜５を下接着層４で接着し、回折格子２の側に光学的透明上部基板７を上接着層６で接着する。下接着層４および上接着層６は同じ材質の接着剤を用い、その物性は、粘度が３０００ｍＰａ・ｓ以下、あるいは、ショア硬度Ｄ８５以下、あるいは吸水率２％以下、のうち少なくとも１つを満足するものを用いる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光学基板と有機膜と、その両者を接着する接着層とを有する光学素子において、前記接着層に用いる接着剤の粘度が３０００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項２】
光学基板と有機膜と、その両者を接着する接着層とを有する光学素子において、前記接着層に用いる接着剤のショア硬度Ｄが８５以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項３】
光学基板と有機膜と、その両者を接着する接着層とを有する光学素子において、前記接着層に用いる接着剤の吸水率が２％以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項４】
請求項１に記載の光学素子において、前記接着層に用いる接着剤のショア硬度Ｄが８５以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項５】
請求項１、２または４のいずれか１つに記載の光学素子において、前記接着層に用いる接着剤の吸水率が２％以下であることを特徴とする光学素子。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光学素子において、前記有機膜は片面に凹凸形状の回折格子を有する光学的異方性膜であることを特徴とする光学素子。
【請求項７】
請求項６に記載の光学素子は、前記有機膜の、前記光学基板とは反対の側に他の光学基板を接着してなる偏光分離素子であることを特徴とする光学素子。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の光学素子と、半導体レーザーと、受光素子とを一体化したことを特徴とするレーザーユニット。
【請求項９】
請求項１ないし７のいずれか１つに記載の光学素子を用いて光情報記録媒体に対し情報の記録、再生または消去を行うことを特徴とする光ピックアップ。
【請求項１０】
請求項８に記載のレーザーユニットを用いたことを特徴とする光ピックアップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、有機膜を用いた偏光分離素子をはじめとする光学素子の作製法に関する。また、光学素子を利用したホログラムレーザーユニット、光ピックアップに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は本発明を適用できる偏光分離素子の断面模式図である。
同図において符号１は偏光分離素子、２は回折格子、３は光学的透明下部基板、４は下接着層、５は有機複屈折膜などの光学的異方性材料、６は上接着層、７は光学的透明上部基板をそれぞれ示す。
光ディスクの情報読み取り部である光ピックアップは現在、小型化、低価格化、高性能化などの要求を受けている。中でも、偏光分離素子は期待を集めている。偏光分離素子は半導体レーザー素子および受光素子が設けられたレーザーユニットからの出射光を全透過し、光ディスクからの反射光を回折して、前記レーザーユニットの受光素子にて受光させる役割を果たす。偏光分離素子として図１に示すような構成が提案されている（例えば、特許文献１  参照）。
同図の構成では、接着層は２層存在するため、上、下により区別するが、通常は同じ材質の接着剤を用いる。その構成は、下から光学的透明下部基板３、下接着層 ４、有機複屈折膜５、上接着層６、光学的透明上部基板７である。上記二つの基板３、７を総称して光学基板と呼ぶ。有機複屈折膜５には、凹凸状の回折格子２が形成されており、その溝を上接着層６が埋める構造になっている。本発明も基本構成は同図と同じである。
【０００３】
図２は偏光分離素子を実装した状態を示す図である。同図（ａ）は投受光素子のキャップに接着する様子を示す斜視図、同図（ｂ）はホログラムレーザーユニットの側面図である。
同図において符号８は接着剤、９はキャップ、１０は半導体レーザー、１１は受光素子、１２はステム、１３はリード、１４はλ／４板、Ｏは光源からの光束、Ｒは光ディスク等からの反射光をそれぞれ示す。
ホログラムレーザーユニットは、リード１３を有するステム１２上に半導体レーザー１０、受光素子１１を形成し、キャップ９上に偏光分離素子１を配置している。半導体レーザー１０光源からの入射光Ｏが、偏光分離素子１に下面から入射する。光ディスクからの反射光Ｒはλ/４板１４によって偏光方向が９０°回転し、偏光成分の違いにより回折格子部２（図１参照）で異常光線Ｒ１が分離され、受光素子１１で受光され信号検出される。
【０００４】
図３は偏光分離素子の作製工程を説明するための図である。
同図において符号１５はウェハーを示す。
偏光分離素子１は大きさが数ｍｍ程度であるため、直径４〜８インチの透明基板に接着された有機複屈折膜上に数十〜数百個の回折格子をアレイ状に作製し、その後ダイシングによって個々の偏光分離素子を取り出す方法が用いられる。特許文献１によれば、光学的透明下部基板ウェハー１５上に有機複屈折膜などの光学的異方性膜を貼りつけ、その表面にエッチングにより回折格子２を形成し、光学的透明上部基板ウェハーを貼り合わせた後、同図のようにダイシングによりウェハーからなる複数の偏光分離素子１を一定間隔で縦横に切削することにより、数ｍｍ角の偏光分離素子チップ１を作製している。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−７５１３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図４は有機複屈折膜のはがれを説明するための図である。
上記のように作製される偏光分離素子は、同図のように有機複屈折膜５が温度・湿度などの環境の変化に対して伸縮し、下接着層４との界面（もしくは上接着層６との界面）で剥離することによって劣化する場合が多い。同図は偏光分離素子１の下部を模式的に示した正面図であり、有機複屈折膜５が下接着層４との界面で剥離する様子を模式的に示している。また、有機複屈折膜５上に形成された回折格子に、上接着層６が充填される形となるが、接着剤が高粘度である場合には、十分に充填されないという課題が生じた。これらのことから、構成材料の物性をさらに吟味する必要が生じている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明では、光学基板と有機膜と、その両者を接着する接着層とを有する光学素子において、前記接着層に用いる接着剤の粘度が３０００ｍＰａ・ｓ以下であることを特徴とする。
請求項２に記載の発明では、光学基板と有機膜と、その両者を接着する接着層とを有する光学素子において、前記接着層に用いる接着剤のショア硬度Ｄが８５以下であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明では、光学基板と有機膜と、その両者を接着する接着層とを有する光学素子において、前記接着層に用いる接着剤の吸水率が２％以下であることを特徴とする。
請求項４に記載の発明では、請求項１に記載の光学素子において、前記接着層に用いる接着剤のショア硬度Ｄが８５以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項５に記載の発明では、請求項１、２または４のいずれか１つに記載の光学素子において、前記接着層に用いる接着剤の吸水率が２％以下であることを特徴とする。
請求項６に記載の発明では、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の光学素子において、前記有機膜は片面に凹凸形状の回折格子を有する光学的異方性膜であることを特徴とする。
【００１０】
請求項７に記載の発明では、請求項６に記載の光学素子は、前記有機膜の、前記光学基板とは反対の側に他の光学基板を接着してなる偏光分離素子であることを特徴とする。
請求項８に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の光学素子と、半導体レーザーと、受光素子とを一体化したレーザーユニットを特徴とする。
請求項９に記載の発明では、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の光学素子を用いて光情報記録媒体に対し情報の記録、再生または消去を行う光ピックアップを特徴とする。
請求項１０に記載の発明では、請求項８に記載のレーザーユニットを用いた光ピックアップを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は偏光分離素子の接着層に用いられる接着剤の物性を特に限定したので、有機膜に回折格子などが形成されている場合でもそれらの変形がなく、光学素子が振動を例として外力を受ける、もしくは高温高湿下にさらされるなど環境の変化を受けることによっても、有機膜の接着層の応力が緩和されてはがれが生じようとすることを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜実験例１＞
図１に示した構成において、それぞれの構成要素の仕様は次の通りとした。
光学的透明下部基板３    ＢＫ７、厚さ：１．０ｍｍ
下接着層４              エポキシ系紫外線硬化型樹脂、屈折率１．５８、
粘度３００〜５０００ｍＰａ・ｓ、厚さ：０．０２ｍｍ
有機複屈折膜５          異常光線方向屈折率１．５８、常光線方向屈折率１．６７、
厚さ：０．１ｍｍ
凹凸状の回折格子２      格子深さ４μｍ、ピッチ２μｍ、Ｐ偏光透過率約９８％、
Ｓ偏光透過率約１％、１次回折光回折効率約４０％
上接着層６              材質は下接着層４と同じ
厚さ：０．０４ｍｍ、回折格子２の凹部も充填
光学的透明下部基板７    光学的透明下部基板３に同じ
外形                    縦４．５ｍｍ、横４．５ｍｍ、高さ２．１６ｍｍ
【００１３】
下接着層４と上接着層６は同じ材料の接着剤を用い、粘度を後述のように幾通りか変えたサンプルを用意した。有機複屈折膜５は、十分な酸素プラズマ処理を表面に施した後に接着を行った。粘度は温度によって異なるため、本実験では２３℃の条件下で測定された値で比較した。測定値は３００，６００、２１００、３０００、４０００、５０００ｍＰａ・ｓの６種類であった。
偏光分離素子サンプルの断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、有機複屈折膜５上に形成された凹凸状の回折格子２が変形することなく上接着層６が充填されていたサンプルは、粘度が３００、６００、２１００ｍＰａ・ｓのサンプルであった。
粘度３０００ｍＰａ・ｓのサンプルでは、一部、回折格子２の変形が見られた。
粘度４０００ｍＰａ・ｓおよび５０００ｍＰａ・ｓのサンプルでは、粘度３０００ｍＰａ・ｓのサンプル以上に回折格子２の変形が見られた。
また、粘度が３００、６００、２１００ｍＰａ・ｓのサンプルではＰ偏光透過率、±１次回折効率が同様に高い値を示したのに対し、粘度４０００ｍＰａ・ｓ、および５０００ｍＰａ・ｓのサンプルでは回折格子２の変形のためと思われるが、それらの値は比較的悪く、また、粘度３０００ｍＰａ・ｓでは低粘度のサンプルほど良い値は得られなかった。
以上の結果から表１に示すような結果と判定し、粘度３０００ｍＰａ・ｓ以下の接着剤を使用する必要があり、さらに、３００〜２１００ｍＰａ・ｓの粘度の方が好ましいことがわかった。
【００１４】
【表１】
2005326718.tif 000003
【００１５】
表１において、判定記号○は「使用に適する」、△は「辛うじて使える」、×は「使用不可」の各判定を意味する。以下の表においても同様である。
今回の結果は、半導体レーザーの波長が赤色に対応するように回折格子２のピッチを２μｍとしたが、青色対応ではさらにピッチは狭くなる。したがって、青色対応の素子では、粘度３０００ｍＰａ・ｓ以下の接着剤の中でもより低い粘度のものを選択する必要がある。また、水の粘度は１ｍＰａ・ｓであるので、接着剤の粘度はその粘度以上となる。
【００１６】
＜実験例２＞
図１に示した構成において、それぞれの構成要素の仕様は次の通りとした。
光学的透明下部基板３    ＢＫ７、厚さ：１．０ｍｍ
下接着層４              エポキシ系紫外線硬化型樹脂、屈折率１．５８、
ショア硬度Ｄ６８〜９０（ＨＤＤ）、厚さ：０．０２ｍｍ
有機複屈折膜５          異常光線方向屈折率１．５８、常光線方向屈折率１．６７、
厚さ：０．１ｍｍ
凹凸状の回折格子２      格子深さ４μｍ、ピッチ２μｍ、Ｐ偏光透過率約９８％、
Ｓ偏光透過率約１％、１次回折光回折効率約４０％
上接着層６              材質は下接着層４と同じ
厚さ：０．０４ｍｍ、回折格子２の凹部も充填
光学的透明下部基板７    光学的透明下部基板３に同じ
外形                    縦３．２ｍｍ、横２．８ｍｍ、高さ２．１６ｍｍ
【００１７】
下接着層４と上接着層６は同じ材料の接着剤を用い、ショア硬度Ｄを後述のように幾通りか変えたサンプルを用意した。有機複屈折膜５は、十分な酸素プラズマ処理を表面に施した後に接着を行った。用意できたショア硬度Ｄは６８、７０、８３、８５、８８、９０（ＨＤＤ）の６種類であった。各偏光分離素子サンプルを６０℃、９０％ＲＨ、３００時間の高温・高湿試験を行い、試験前後のＰ偏光透過率、±１次回折効率を測定した。
試験前の測定結果は、ショア硬度Ｄの違いに関わらずすべてが同様のＰ偏光透過率、±１次回折効率を示した。
試験後の結果は、ショア硬度Ｄ６８、７０、８３のサンプルではＰ偏光透過率、±１次回折効率が試験前と同様であった。
ショア硬度Ｄ８５のサンプルでは、それらの値は１％低下した。
ショア硬度Ｄ８８および９０のサンプルでは、それらの値は数％低下した。
以上の結果から表２に示すような結果と判定し、ショア硬度Ｄ８５以下の接着剤を使用する必要があり、さらに、６８〜８３のショア硬度Ｄの方が好ましいことがわかった。
【００１８】
【表２】
2005326718.tif 000004
【００１９】
表２において、判定結果の記号は表１と同様である。
接着剤の硬度としては０以上の値が可能であり、ショア硬度Ｄが０に近い接着剤においても同様に良好な結果が出るかは疑問の余地が残るが、今回の実験結果からは、６８以下であっても良好なようである。
【００２０】
＜実験例３＞
図１に示した構成において、それぞれの構成要素の仕様は次の通りとした。
光学的透明下部基板３    ＢＫ７、厚さ：１．０ｍｍ
下接着層４              エポキシ系紫外線硬化型樹脂、屈折率１．５８、
吸水率１．２％、厚さ：０．０２ｍｍ
有機複屈折膜５          異常光線方向屈折率１．５８、常光線方向屈折率１．６７、
厚さ：０．１ｍｍ
凹凸状の回折格子２      格子深さ４μｍ、ピッチ２μｍ、Ｐ偏光透過率約９８％、
Ｓ偏光透過率約１％、１次回折光回折効率約４０％
上接着層６              材質は下接着層４と同じ
厚さ：０．０４ｍｍ、回折格子２の凹部も充填
光学的透明下部基板７    光学的透明下部基板３に同じ
外形                    縦３．２ｍｍ、横２．８ｍｍ、高さ２．１６ｍｍ
【００２１】
下接着層４と上接着層６は同じ材料の接着剤を用い、吸水率を後述のように幾通りか変えたサンプルを用意した。有機複屈折膜５は、十分な酸素プラズマ処理を表面に施した後に接着を行った。吸水率の確認は、６０℃、９５％ＲＨ中に７２時間保持した後の重量変化として定義する。用意できた吸水率は０．４、１．２、１．６、２．０、２．６、４％の６種類であった。各偏光分離素子サンプルを６０℃、９０％ＲＨ、３００時間の高温・高湿試験を行い、試験前後のＰ偏光透過率、±１次回折効率を測定した。
試験前の測定結果は、吸水率の違いに関わらずすべてが同様のＰ偏光透過率、±１次回折効率を示した。
試験後の結果は、吸水率０．４、１．２、１．６％のサンプルではＰ偏光透過率、±１次回折効率が試験前と同様であった。
吸水率２％のサンプルでは±１次回折効率が約１％低下した。
吸水率２．６および４％のサンプルでは、±１次回折効率が約５％低下、もしくは接着剤の変質が見られた。
以上の結果から表３に示すような結果と判定し、吸水率２％以下の接着剤を使用する必要があり、さらに、０．４〜１．２％の吸水率の方が好ましいことがわかった。
【００２２】
【表３】
2005326718.tif 000005
【００２３】
吸水率は、水分の含みやすさを示すため、吸水率が高い接着剤を用いた場合には有機複屈折膜５中に内在している応力が緩和しやすくなる。応力が緩和されると、作製時点で内在されていた応力歪みが開放されるため、僅かながら形状変化等が生じて偏光分離精度が低下する。
直接実験では確認してないが、０〜０．４％の吸水率を持つ接着剤についても同様に良好な結果を示すと思われる。
実験例１ないし３で得られた結果はそれぞれ独立のものであり、相互関係は特にない。従って、粘度、ショア硬度Ｄ、吸水率のなかからいずれか二つの条件を組み合わせても良いし、すべての条件を組み合わせても良い。
【００２４】
＜実験例４＞
図１に示した構成において、それぞれの構成要素の仕様は次の通りとした。
光学的透明下部基板３    ＢＫ７、厚さ：１．０ｍｍ
下接着層４              エポキシ系紫外線硬化型樹脂、屈折率１．５８、
粘度６００ｍＰａ、ショア硬度Ｄ７３、吸水率１．２％、
厚さ：０．０２ｍｍ
有機複屈折膜５          異常光線方向屈折率１．５８、常光線方向屈折率１．６７、
厚さ：０．１ｍｍ
凹凸状の回折格子２      格子深さ４μｍ、ピッチ２μｍ、Ｐ偏光透過率約９８％、
Ｓ偏光透過率約１％、１次回折光回折効率約４０％
上接着層６              材質は下接着層４と同じ
厚さ：０．０４ｍｍ、回折格子２の凹部も充填
光学的透明下部基板７    光学的透明下部基板３に同じ
外形                    縦３．２ｍｍ、横２．８ｍｍ、高さ２．１６ｍｍ
【００２５】
図５は本発明の偏光分離素子を用いた光ピックアップを示す模式図である。
同図において符号１６はコリメートレンズ、１７は対物レンズ、１８は光ディスクをそれぞれ示す。
このような偏光分離素子１では、下接着層４、および上接着層６として、粘度、ショア硬度Ｄ、吸水率の物性を実験例１〜３の結果に基づいて、「使用に適する」と判定した範囲の値の材料を使用しているため、温度・湿度などの環境の変化により、有機複屈折膜５が反ろうとする力（図４参照）によるはがれを防止し、信頼性の向上した偏光分離素子１が得られ、安定した光ピックアップが構成できる。
【００２６】
以上、本発明を説明するために実験例を示してきたが、本発明はこれらの例にとどまることなく応用できることは言うまでもない。例えば、有機複屈折膜５の代わりとして、機能の如何に関わらず有機膜でさえあれば同様の効果を得ることが可能である。すなわち、回折格子以外の加工が施された有機膜を含む光学素子や、偏光分離素子以外にも適用は可能である。要は、光学基板に有機膜を接着する接着層を有するものであれば本発明が適用できる。偏光分離素子でも回折格子のピッチなどが異なるものにも適用は可能である。粘度、ショア硬度Ｄ、吸水率の物性は他の測定方法による基準から得た場合にも実験例１〜３と同様の傾向が見られるはずである。例えば吸水率を求める測定条件を６０°、９５％ＲＨ、７２時間ではなく、煮沸水２時間とした場合にも対応をとれば同様の傾向が明らかになるはずである。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用できる偏光分離素子の断面模式図である。
【図２】偏光分離素子を実装した状態を示す図である。
【図３】偏光分離素子の作製工程を説明するための図である。
【図４】有機複屈折膜のはがれを説明するための図である。
【図５】本発明の偏光分離素子を用いた光ピックアップを示す模式図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      偏光分離素子
２      回折格子
３      光学的透明下部基板
４      下接着層
５      有機複屈折膜
６      上接着層
７      光学的透明上部基板
【図１】
2005326718.tif 000006
【図２】
2005326718.tif 000007
【図３】
2005326718.tif 000008
【図４】
2005326718.tif 000009
【図５】
2005326718.tif 000010